[发明专利]等阵元约束的雷达子阵级和波束/差波束形成优化方法

说明书

技术领域

本发明属于波束形成技术领域，涉及一种等阵元约束的雷达子阵级和波束/差波束形成优化方法，可用于对线型天线子阵结构和阵元级模拟权值加权矢量进行优化，从而形成性能较优的子阵级和波束/差波束。 

背景技术

大型相控阵雷达由于其高增益、高分辨率、多波束等特点受到日渐广泛的应用，其中波束形成是其关键技术。为了解决大型相控阵雷达阵元级波束形成技术面临的硬件系统复杂、实时性低等问题，一般采用子阵级波束形成技术来处理。但是，子阵级波束形成处理往往会破坏静态方向图的性能，为了保证子阵级波束形成的性能，需要对子阵级波束形成进行优化。 

在子阵级波束形成技术中，子阵的划分结构和阵元级加权值的选取直接影响波束形成的性能。目前，已有的子阵划分方法中天线阵列的各阵元都是均匀分布的，通过将不同数目的阵元划分成一个子阵，并使用同一接收通道这样的方式来达到子阵划分的目的。研究表明，在这种情况下，若各子阵包含的阵元数目相同，则由于各子阵的间距存在周期性问题会导致波束在非期望方向产生与主瓣增益相同的栅瓣，以及在非干扰方向产生零点，称为栅零点，从而影响波束形成的性能。因此，目前在子阵划分过程中，采用使各子阵包含的阵元数目不同的方式来达到抑制栅瓣和栅零点的目的。但是，各子阵阵元数目不同，会导致子阵方向图不一致，从而造成形成波束方向图的旁瓣电平抬高。为解决这一问题，可以采用噪声功率归一化的思想，但该算法会增加波束形成过程中的计算量，影响波束形成的实时性。 

发明内容

为了解决上述的现有技术问题，本发明的目的在于提供一种等阵元约束的雷达子阵级和波束/差波束形成优化方法，能够在较大扫描范围内抑制栅瓣和栅零点的出现，提高了和波束/差波束形成的运算效率。 

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。 

一种等阵元约束的雷达子阵级和差波束形成优化方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1，对给定的雷达线阵，确定接收通道和对应的子阵数目，根据子阵数目平均分配阵元数目； 

步骤2，采用外部遗传寻优操作和内部遗传寻优操作来进行嵌套优化，其中外部遗传寻优操作进行各子阵内阵元间距的优化，内部遗传寻优操作进行阵元级方向图的电平模拟权值优化；并对外部遗传寻优操作、内部遗传寻优操作的相关参数进行设置，其中，初始种群大小取20～100；遗传优化代数取100～500代，交叉概率取0.6～0.8，变异概率选取0.001～0.1； 

步骤3，外部遗传寻优操作开始时，先确定子阵内阵元间距向量结构，并随机产生子阵内阵元间距向量的初始种群，即外部染色体的初始种群； 

步骤4，构建与内部染色体和外部染色体相关的适应度函数，对当前外部染色体种群的每一个外部染色体表示的子阵内阵元间距向量给定下，对阵元级模拟加权矢量进行内部遗传寻优操作，计算给定外部染色体和当前内部染色体对应的适应度函数值；对内部染色体种群进行选择、交叉和变异的遗传操作，达到设定的内部遗传优化代数后取其最大适应度函数值作为给定的外部染色体表示的子阵内阵元间距向量的最优适应度函数值，并存储对应的当前内部染色表示的阵元级模拟加权矢量，即给定的子阵内阵元间距向量与之对应的阵元级模拟加权矢量；重复上述操作，遍历当前外部染色体种群中所有外部染色体，完成当前外部染色体种群的外部遗传寻优操作； 

步骤5，对外部染色体种群进行选择、交叉和变异的遗传操作，产生新的外部染色体种群； 

步骤6，重复步骤4、步骤5，直到达到预先设定的外部遗传优化代数，取其最大适应度函数值作为最终的最优适应度函数值，则输出最终的最优适应度函数值及其对应的最优子阵内阵元间距矢量和最优阵元级模拟加权矢量；进而根据最优子阵内阵元间距矢量和最优阵元级模拟加权矢量，求取最优和波束方向图及最优差波束方向图。 

本发明技术方案的特点和进一步改进在于： 

(1)所述步骤3中的子阵内阵元间距向量结构为